光学成像镜头及成像设备的制作方法

1.本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种光学成像镜头及成像设备。


背景技术：

2.随着自动驾驶技术的发展，adas（advanced driver assistant system，高级驾驶辅助系统）已经成了许多汽车的标配；其中，车载摄像镜头作为adas的关键器件，能够实时感知车辆周边的路况，实现前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等功能，其性能高低直接影响着adas的安全系数，因此，对车载摄像镜头的性能要求越来越高。
3.adas中搭载的应用于车辆前方的光学镜头，主要是识别汽车前方状况，要求在百米外能够清晰分辨出障碍物，实现碰撞预警。目前，用于车辆前方目标识别的车载镜头往往是针对近距离目标设计的，其视场角相对较大，这类镜头虽然能够较好地对近距离目标进行成像，但对较远的目标成像效果较差，无法兼顾对中远距离目标的识别准确率，降低了有效的目标识别范围，难以满足汽车在较高车速下行驶对前方预瞄距离的要求。


技术实现要素：

4.为此，本发明的目的在于提供一种光学成像镜头及成像设备，至少具有长焦距、大光圈、低畸变的优点，同时能够提供高清晰的成像效果，应用于车载监控系统，能够提高对较远距离目标的成像品质和识别准确率。
5.本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
6.第一方面，本发明提供了一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有负光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面为凸面；具有负光焦度的第五透镜，所述第五透镜的像侧面为凹面，且所述第四透镜和所述第五透镜组成胶合透镜；具有正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面为凸面；具有负光焦度的第七透镜，所述第七透镜的物侧面为凹面；光阑，位于第一透镜与第二透镜之间或位于第二透镜与第三透镜之间；其中，所述光学成像镜头中至少有一个非球面镜片。
7.第二方面，本发明提供一种成像设备，包括成像元件及第一方面提供的光学成像镜头，成像元件用于将光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。
8.相较现有技术，本发明提供的光学成像镜头及成像设备，采用七片具有特定形状及光焦度的镜片，使镜头具有高像素、长焦距、大光圈、小畸变的优点，同时能够有效矫正边缘视场的像差，从而提高了光学成像镜头边缘的解像能力，并且镜头由全玻璃镜片组成，使镜头具备良好的热稳定性，在高低温的情况下，依然拥有良好的成像能力。
附图说明
9.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：图1为本发明第一实施例的光学成像镜头的结构示意图；图2为本发明第一实施例的光学成像镜头的畸变曲线图；图3为本发明第一实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；图4为本发明第二实施例的光学成像镜头的结构示意图；图5为本发明第二实施例的光学成像镜头的畸变曲线图；图6为本发明第二实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；图7为本发明第三实施例的光学成像镜头的结构示意图；图8为本发明第三实施例的光学成像镜头的畸变曲线图；图9为本发明第三实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；图10为本发明第四实施例的光学成像镜头的结构示意图；图11为本发明第四实施例的光学成像镜头的畸变曲线图；图12为本发明第四实施例的光学成像镜头的垂轴色差曲线图；图13为本发明第五实施例的成像设备的结构示意图。
具体实施方式
10.为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
11.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。
12.本发明提出一种光学成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、滤光片以及位于第一透镜与第三透镜之间的光阑。
13.其中，第一透镜具有正光焦度或负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凸面；第三透镜具有正光焦度，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜具有正光焦度，第四透镜的物侧面为凸面；第五透镜具有负光焦度，第五透镜的像侧面为凹面，且第四透镜和第五透镜组成胶合透镜；第六透镜具有正光焦度，第六透镜的物侧面为凸面；第七透镜具有负光焦度，第七透镜的物侧面为凹面。
14.玻璃材质的透镜热稳定性能更稳定，为了使镜头具有更好的热稳定性，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜均为玻璃透镜。需要说明的是，其它能够实现所述效果的透镜材质组合也是可行的。同时为了实现更好的成像效果，所述光学成像镜头中至少包含有一片非球面镜片。
15.在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：7＜ttl/bfl＜9；（1）2.5＜ttl/d＜3；（2）其中，ttl表示所述光学成像镜头的光学总长，bfl表示第七透镜的像侧面顶点到成像面的垂直距离，d表示所述光学成像镜头的有效孔径。
16.满足上述条件式（1）和（2），可以在适当控制镜头的长度和约束镜头的有效孔径的情况下，达到较长的焦距，并与特定模组、高像素芯片配合，使镜头拥有更长的视野距离，具有良好的解像能力。
17.在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：
‑
3.5＜f
l2
/f＜
‑
2；（3）
‑
4<(r3 r4)/(r3
‑
r4)<
‑
1.1；（4）其中，f表示所述光学成像镜头的焦距， f
l2
表示第二透镜的焦距，r3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，r4表示第二透镜的像侧面的曲率半径。
18.满足上述条件式（3）和（4），可以基本确定第二透镜为负光焦度且向像侧面弯曲的弯月形透镜，能有效减小镜头的场曲和畸变，使镜头拥有更高的解像能力，同时，第二透镜设置在光阑后面，也会起到发散光线的作用。
19.在一些实施方式中，为了合理限制第一透镜收束光束的能力，所述光学成像镜头满足以下条件式：0.5＜f1/f
l1
f3/f
l2
＜1；（5）|r3/f3 r4/f4|＜0.01；（6）其中，f1表示第一透镜的物侧面的焦距，f3表示第二透镜的物侧面的焦距，f4表示第二透镜的像侧面的焦距，f
l1
表示第一透镜的焦距，f
l2
表示第二透镜的焦距，r3表示第二透镜的物侧面的曲率半径，r4表示第二透镜的像侧面的曲率半径。
20.满足上述条件式（5），通过合理设置第一、二透镜的面型焦距，能够有效减小入射光线的入射角，从而减小镜头前端口径，进而减小镜头的整体体积；同时满足条件式（6），可以控制第二透镜的物侧面和像侧面的曲率半径与面焦距比之和接近零，便于系统后续镜片像差的矫正，提高镜头的整体解像能力。
21.在一些实施方式中，为了有效控制镜头的畸变，所述光学成像镜头满足以下条件式：0.01rad/mm2＜θ/ih2＜0.02rad/mm2；（7）其中，θ表示所述光学成像镜头的半视场角（单位：弧度），ih表示所述光学成像镜头在半视场时对应的像高。
22.满足上述条件式（7），可以使成像系统拥有负畸变且畸变值控制在
‑
2.5%以内，表明镜头在边缘视场拥有更大的像高，在拍摄的相片拉伸后，可以使边缘视场有更好的成像效果。
23.在一些实施方式中，第四透镜和第五透镜组成胶合透镜，且第四透镜和第五透镜满足以下条件式：
‑
2<f
l4
/f
l5
<
‑
1.2；（8）0.2<ct
l45
/ttl<0.3（9）
其中，f
l4
表示第四透镜的焦距，f
l5
表示第五透镜的焦距，ct
l45
表示胶合透镜的中心厚度，ttl表示所述光学成像镜头的光学总长。
24.满足上述条件式（8），可以合理控制正光焦度的第四透镜和负光焦度的第五透镜的焦距占比，能够实现更好的消色差效果，同时可以有效减小边缘视场的垂轴色差和场曲。满足上述条件式（9），可以合理控制胶合透镜在整个镜头中所占比例，使各个透镜厚度分布均匀，方便加工和组装。
25.在一些实施方式中，所述第一透镜满足以下条件式：0.6＜et1/ct1＜1.2；（10）0.6mm＜dm1
‑
dm2＜1.3mm；（11）其中，et1表示第一透镜的边缘厚度，ct1表示第一透镜的中心厚度，dm1表示第一透镜的物侧面的有效口径，dm2表示第一透镜的像侧面的有效口径。
26.满足上述条件式（10）和（11），可以使第一透镜的形状非常均匀，便于一次压铸成型，便于镜片加工制造；同时约束了第一透镜的镜片口径，也就约束了光束的口径，减小了主光线入射角，有效减小了第一透镜所带来的公差影响，使组装良率大大提升。
27.在一些实施方式中，所述第七透镜满足以下条件式：1.2＜et7/ct7＜2.4；（12）
‑
1.5<r12/f<
‑
0.4；（13）其中，et7表示第七透镜的边缘厚度，ct7表示第七透镜的中心厚度，r12表示第七透镜的物侧面的曲率半径，f表示所述光学成像镜头的焦距。
28.满足上述条件式（12），可以使第七透镜为中间薄边缘厚的形状，可以在镜头长度有限的情况下，具有较大的像高；满足上述条件式（13），由于第七透镜为玻璃非球面镜片，通过合理限定第七透镜的面型，可有效矫正前面镜片产生的球差、场曲、畸变等像差，使边缘的成像会更加清晰。
29.在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：f/ih>3.7；（14）f/d<1.5；（15）其中，f表示所述光学成像镜头的焦距，ih表示所述光学成像镜头在半视场时对应的像高，d表示所述光学成像镜头的有效孔径。
30.满足上述条件式（14），表明所述镜头具有长焦距的特性；满足上述条件式（15），有利于增大所述镜头的通光口径，从而增大通光亮，提升画面清晰度，实现大光圈的成像效果。
31.在一些实施方式中，所述光学成像镜头满足以下条件式：1.0<f
l3
/f<1.5；（16）
‑
10<f
l45
/f<
‑
2；（17）0.5<f
l6
/f<1.5；（18）
‑
3<f
l7
/f<
‑
0.5；（19）其中，f
l3
表示第三透镜的焦距，f
l45
表示胶合透镜的焦距，f
l6
表示第六透镜的焦距，f
l7
表示第七透镜的焦距，f表示所述光学成像镜头的焦距。
32.满足上述条件式（16）~（19），可以合理分配各个透镜的光焦度占比，使各个透镜之
间的色差相互补偿，能很好地矫正整个镜头的色差，提高整体成像质量。
33.与球面镜片相比，非球面镜片校正球差的能力更优越，为了提高镜头的成像质量并且实现镜头体积的小型化，所述光学成像镜头中采用一些非曲面镜片，具体地，在一些实施方式中，第一透镜、第七透镜为玻璃非球面透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均为玻璃球面透镜。
34.满足上述配置有利于保证所述光学成像镜头具有高像素、长焦距、大光圈、小畸变，同时有效矫正边缘视场的像差，从而提高了所述成像镜头边缘的解像能力，并且镜头由全玻璃镜片组成，使镜头具备良好的热稳定性，在高低温的情况下，依然拥有良好的成像能力。
35.下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，光学成像镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
36.作为一种实施方式，当光学成像镜头中的透镜为非球面透镜时，非球面的表面形状均满足下列方程：，其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，k表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，b、c、d、e和f分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。
37.第一实施例请参阅图1，所示为本发明第一实施例中提供的光学成像镜头100的结构示意图，该光学成像镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜l1、光阑st、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、滤光片g1。
38.第一透镜l1具有正光焦度，第一透镜的物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。
39.第二透镜l2具有负光焦度，第二透镜的物侧面s3为凹面，像侧面s4为凸面。
40.第三透镜l3具有正光焦度，第三透镜的物侧面s5和像侧面s6均为凸面。
41.第四透镜l4具有正光焦度，第四透镜的物侧面s7和像侧面均为凸面。
42.第五透镜l5具有负光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面s9均为凹面，且第四透镜l4和第五透镜l5胶合为粘合体，第四透镜的像侧面和第五透镜的物侧面胶合组成粘合面s8。
43.第六透镜l6具有正光焦度，第六透镜的物侧面s10为凸面，像侧面s11为凹面。
44.第七透镜l7具有负光焦度，第七透镜的物侧面s12为凹面，第七透镜的像侧面s13在近光轴处为凹面。
45.其中，第一透镜l1、第七透镜l7为玻璃非球面透镜，第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6均为玻璃球面透镜。
46.本发明第一实施例中提供的光学成像镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。
47.表1
本实施例中，光学成像镜头100的各透镜非球面的参数如表2所示。
48.表2在本实施例中，光学成像镜头100的畸变曲线和垂轴色差曲线分别如图2和图3所示。
49.请参阅图2，所示为本发明第一实施例提供的光学成像镜头100的f
‑
tanθ畸变图，从图中可以看出，镜头的f
‑
tanθ畸变为负值且在
‑
2%以内，而且是负畸变，说明光学成像镜头100的畸变得到良好矫正。
50.请参阅图3，所示为本发明第一实施例提供的光学成像镜头100的垂轴色差图，从图上可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
2微米以内，说明光学成像镜头100的垂轴色差得到良好的矫正。
51.第二实施例请参阅图4，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的结构示意图，本实施例当中的光学成像镜头200与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学成像镜头200的第一透镜l1为负光焦度透镜，第四透镜l4与第五
透镜l5组成的胶合透镜的胶合面接近平面，第七透镜的像侧面s13为凸面，以及各个透镜的曲率半径、材质、厚度等有所不同，具体各个透镜的相关参数参见表3所示。
52.表3本实施例的光学成像镜头200的各透镜非球面的参数如表4所示。
53.表4请参阅图5，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的f
‑
tanθ畸变图，从图中可以看出，镜头的f
‑
tanθ畸变为负值且在
‑
2%以内，而且是负畸变，说明光学成像镜头200的畸变得到良好矫正。
54.请参阅图6，所示为本发明第二实施例提供的光学成像镜头200的垂轴色差图，从图上可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
3微米以内，说明光学成像镜头200的垂轴色差得到良好的矫正。
55.第三实施例请参阅图7，所示为本发明第三实施例提供的光学成像镜头300的结构示意图，本实施例当中的光学成像镜头300与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处
在于，本实施例当中的光学成像镜头300的第六透镜l6的像侧面s11为凸面，第七透镜的像侧面s13为凸面，以及其他各透镜的曲率半径、材质、厚度等有所不同。
56.本实施例提供的光学成像镜头300的各个透镜的相关参数如表5所示。
57.表5本实施例的光学成像镜头300的各透镜非球面的参数如表6所示。
58.表6请参阅图8，所示为本发明第三实施例提供的光学成像镜头300的f
‑
tanθ畸变图，从图中可以看出，镜头的f
‑
tanθ畸变为负值且在
‑
2.5%以内，而且是负畸变，说明光学成像镜头300的畸变得到良好矫正。
59.请参阅图9，所示为本发明第三实施例提供的光学成像镜头300的垂轴色差图，从图上可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
1.5微米以内，说明光学成像镜头300的垂轴色差得到良好的矫正。
60.第四实施例请参阅图10，所示为本发明第四实施例提供的光学成像镜头400的结构示意图。本
实施例当中的光学成像镜头400与第一实施例当中的光学成像镜头100大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的光学成像镜头400的光阑st在第二透镜l2和第三透镜l3之间，第七透镜的像侧面s13为凸面，以及各透镜的曲率半径、材质、厚度等有所不同，具体各个透镜的相关参数参见表7所示。
61.表7本实施例的光学成像镜头400的各透镜非球面的参数如表8所示。
62.表8请参阅图11，所示为本发明第四实施例提供的光学成像镜头400的f
‑
tanθ畸变图，从图中可以看出，镜头的f
‑
tanθ畸变为负值且在
‑
2%以内，而且是负畸变，说明光学成像镜头400的畸变得到良好矫正。
63.请参阅图12，所示为本发明第四实施例提供的光学成像镜头400的垂轴色差图，从图上可以看出，最长波长与最短波长的垂轴色差控制在
±
2微米以内，说明光学成像镜头400的垂轴色差得到良好的矫正。
64.请参阅表9，所示为上述四个实施例中提供的光学成像镜头对应的光学特性，包括
光学成像镜头的焦距f、光学总长ttl、最大视场角fov和光圈数f#、像高ih，同时还包括上述条件式当中每个条件式对应的相关数值。
65.表9综上，本发明实施例提供的光学成像镜头，第一透镜用于光线收集，减小入射光线的入射角，有利于减小镜头前端口径和整体体积，便于成像系统后续对像差的矫正；第二透镜为向像方弯曲的弯月型透镜，主要用于矫正镜头的畸变，并将会聚的光线较平滑的发散、入射，有利于减小公差；第三透镜为两面矢高较接近的双凸正光焦度透镜，可以有效减少该镜片所带来的像差；第四透镜、第五透镜配合用于消除场曲，其中第四透镜采用正光焦度的玻璃材料、第五透镜采用负光焦度的玻璃材料，有利于减小球差和垂轴色差，且第四透镜和第五透镜的阿贝数差值大于20，有利于矫正二级光谱，使成像系统可以在较宽可见光范围内都有良好的成像效果；第六透镜为正光焦度透镜，主要用于收缩光线和减少该镜片所带来的球差和慧差；第七透镜为弯月型非球面透镜，主要是用于矫正畸变和像散、增大光学后焦。各个透镜均为玻璃镜片可以使得所述镜头具有较好的热稳定性能以及机械强度，利于在极端环境下工作。
66.第五实施例请参阅图13，所示为本发明第五实施例提供的成像设备500，该成像设备500可以包括成像元件510和上述任一实施例中的光学成像镜头（例如光学成像镜头100）。成像元件510可以是cmos（complementary metal oxide semiconductor，互补性金属氧化物半导体）图像传感器，还可以是ccd（charge coupled device，电荷耦合器件）图像传感器。
67.该成像设备500可以是车载摄像设备、安防监控、运动相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学成像镜头的电子设备。
68.本技术实施例提供的成像设备500包括光学成像镜头100，由于光学成像镜头100具有长焦距、大光圈、低畸变的优点，具有该光学成像镜头100的成像设备500也具有长焦距、大光圈、低畸变的优点。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。